James Webb descobre galáxia mais antiga já observada

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Nos últimos dois anos, os cientistas têm usado o Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, para explorar um período muito especial do Universo chamado de Aurora Cósmica, que engloba as primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, quando as primeiras galáxias começaram a se formar. 

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Essas galáxias iniciais são extremamente importantes porque ajudam a entender como o gás, as estrelas e os buracos negros estavam mudando no Universo jovem.

Entre outubro de 2023 e janeiro de 2024, uma equipe internacional de astrônomos utilizou o Webb para observar galáxias como parte do programa Levantamento Extragaláctico Profundo Avançado do JWST (JADES, na sigla em inglês). 

Galáxia foi vista pelo James Webb como era apenas 290 milhões de anos após o Big Bang

Eles usaram um instrumento do Webb chamado Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec) para obter um espectro de uma galáxia que foi vista como era apenas 290 milhões de anos após o Big Bang. Isso equivale a um desvio para o vermelho de cerca de 14, o que significa que a luz da galáxia foi esticada devido à expansão do Universo.

Stefano Carniani, da Escola Secundária Normal, em Pisa, na Itália, e Kevin Hainline, da Universidade do Arizona, em Tucson, nos EUA, lideraram as observações e revelaram mais sobre essa descoberta em comunicado emitido nesta quinta-feira (30) pela NASA. 

“Os instrumentos do Webb foram projetados para encontrar e entender as primeiras galáxias. No primeiro ano de observações como parte do JADES, encontramos muitas centenas de galáxias candidatas dos primeiros 650 milhões de anos após o Big Bang”, relataram os autores da descoberta. 

Segundo eles, no início do ano passado, foi detectada uma galáxia entre os dados que parecia estar além de um desvio para o vermelho de 14, o que animou os astrônomos. “No entanto, havia algumas características dessa galáxia que nos deixavam cautelosos. A galáxia era surpreendentemente brilhante, o que não era esperado para uma galáxia tão distante, e estava muito próxima de outra, fazendo parecer que as duas faziam parte de um objeto maior”.

Quando essa galáxia foi observada novamente em outubro de 2023, usando novos dados de imagem obtidos com os filtros NIRCam (Near-Infrared Camera) mais estreitos do Webb, ficou ainda mais claro que se tratava de um desvio para o vermelho alto. “Sabíamos que precisávamos de um espectro para entender melhor, pois qualquer informação seria de grande importância científica, seja como um novo marco na investigação do Universo primitivo pelo Webb ou como uma confusão de uma galáxia de meia-idade”.

Em janeiro deste ano, o NIRSpec observou a galáxia JADES-GS-z14-0 por quase dez horas. De acordo com Carniani e Hainline, quando o espectro foi processado pela primeira vez, havia evidências inequívocas de que a galáxia estava de fato em um desvio para o vermelho de 14,32, quebrando o recorde anterior de galáxias mais distantes. Ver esse espectro foi emocionante para toda a equipe, dado o mistério em torno dessa fonte.

Quantidade de luz estelar impressiona equipe

“Essa descoberta não foi apenas um novo recorde de distância para nossa equipe”, disseram os astrônomos. “O aspecto mais importante da JADES-GS-z14-0 é que, a essa distância, sabemos que essa galáxia deve ser intrinsecamente muito luminosa. A partir das imagens, descobrimos que ela tem mais de 1.600 anos-luz de diâmetro, o que prova que a luz que vemos vem principalmente de estrelas jovens e não de emissões perto de um buraco negro supermassivo em crescimento”. 

Essa quantidade de luz estelar implica que a galáxia tem várias centenas de milhões de vezes a massa do Sol. “Isso nos leva a questionar: como a natureza pode formar uma galáxia tão brilhante, massiva e grande em menos de 300 milhões de anos?”.

Os dados revelam outros aspectos importantes dessa galáxia surpreendente. Vê-se que sua cor não é tão azul quanto poderia ser, indicando que parte da luz está avermelhada pela poeira, mesmo nestes tempos muito iniciais. 

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O pesquisador do JADES, Jake Helton, do Observatório Steward e da Universidade do Arizona, também identificou que a galáxia JADES-GS-z14-0 foi detectada em comprimentos de onda mais longos com o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Webb, o que é notável considerando sua distância. 

A observação MIRI cobre comprimentos de onda de luz que foram emitidos na faixa de luz visível e que são desviados para o vermelho fora do alcance dos instrumentos de infravermelho próximo do Webb. A análise de Helton indica que o brilho da fonte observado pelo MIRI está acima do que seria esperado das medições dos outros instrumentos Webb, sugerindo a presença de forte emissão de gás ionizado na galáxia na forma de linhas de emissão brilhantes de hidrogênio e oxigênio. “A presença de oxigênio tão cedo na vida desta galáxia é uma surpresa e sugere que várias gerações de estrelas muito massivas já haviam vivido e morrido antes de observarmos a galáxia”, disse o cientista.

Essas observações demonstram que JADES-GS-z14-0 não é como os tipos de galáxias previstos para existir no Universo primitivo por modelos teóricos e simulações computacionais. 

“Dado o brilho observado da fonte, podemos prever como ela pode crescer ao longo do tempo cósmico, e até agora não encontramos nenhum análogo adequado das centenas de outras galáxias que observamos em alto desvio para o vermelho em nossa pesquisa”, revelou Carniani. 

Tomando por base a região relativamente pequena do céu que foi vistoriada para encontrar JADES-GS-z14-0, sua descoberta tem profundas implicações para o número previsto de galáxias brilhantes que se podem ver no Universo primitivo. 

É provável que muitas dessas galáxias luminosas sejam descobertas pelo Webb, possivelmente em momentos ainda mais antigos, até a próxima década.